ANÁLISE INSTRUMENTAL

PREPARO DE AMOSTRAS (1º semestre/2019)

Prof. Me. Bruno L. Cortez de Souza

engbrunocortez@usp.br

QUÍMICA ANALÍTICA

■ Ramo da química que envolve a separação, identificação e determinação das

quantidades relativas dos componentes de uma AMOSTRA

■ PROBLEMAS ANALÍTICOS

■ Controle de qualidade (matéria-prima e/ou produto final)

■ Avaliação ambiental

■ Exposição ocupacional (análise do ambiente/fluidos biológicos)

■ Controle de produção (adição de C, Ni, Cr na fabricação do aço)

QUÍMICA ANALÍTICA

QUÍMICA ANALÍTICA

QUÍMICABioquímica | Q. Orgânica

Q. Inorgânica | Físico-química

CIÊNCIAS SOCIAISArqueologia | Antropologia |

Forense

FÍSICAAstrofísica | Astronomia |

Biofísica

BIOLOGIABotânica | Genética |

Microbiologia | Zoologia

GEOLOGIAGeofísica | Geoquímica |

Paleontologia | Palobiologia

ENGENHARIACivil | Química

Elétrica | Mecânica

MEDICINAAnálises clínicas | Q. Medicinal

Farmácia | Toxicologia

MEIO AMBIENTEEcologia | Meteorologia |

Oceanografia

AGRICULTURAAgronomia | Ciência dos

animais | C. da produção

CIÊNCIA DOS MATERIAISMetalurgia | Polímeros

Estado Sólido

PREPARO DE AMOSTRAS

■ Obtenção do melhor resultado

■ no menor tempo

■ com mínima contaminação

■ baixo consumo de reagentes

■ geração de pouco resíduo e efluentes

PREPARO DE AMOSTRAS

■ POR QUE PREPARAR A

AMOSTRA?

Portable NIR Spectrometer

MicroPHAZIR RXGoSpectro - ALPhANOV

Smartphone-based light spectrometer

PREPARO DE AMOSTRAS

SeparaçõesPré-concentração

Análise direta

■ Métodos clássicos

■ Métodos eletroanalíticos

■ Métodos espectrométricos

■ Métodos cromatográfico

■ Raios-X

■ Métodos nucleares

■ Termoanálises

■ Métodos espectroscópicos

Epsilon 4 X-ray Fluorescence Spectrometer

from Malvern PanalyticalPanalytical Zetium XRF Spectrometers

DA DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

DA DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

■ Qual a informação analítica necessária?

■ Qual o método mais adequado?

■ Como obter amostra(s) representativa(s)?

■ Como preparar a amostra?

– (i. e. convertê-la em uma forma

adequada para a análise)

■ Quais os procedimentos de

calibração/medição?

■ O resultado obtido é confiável?

INFORMAÇÃO ANALÍTICA

Real objetivo da análise: o

procedimento mais completo pode

não ser o ideal.

MÉTODO

■ Elementos ou compostos a serem determinados.

■ Faixas de concentração.

■ Tipo, composição e homogeneidade da amostra.

■ Quantidade de amostra disponível para análise.

■ Quantidade de amostra necessária para as determinações.

■ Exatidão, precisão, seletividade e limite de detecção.

■ Requisitos especiais: local da análise, controle na produção.

■ Aspectos restritivos, custos, tempo disponível, espaço, analista

AAS

IR

GCHPLC

ICP

OES

MÉTODOPRODUTOS FONTES DE MÉTODOS CONFIÁVEIS

Fármacos Farmacopeias (Americana, Brasileira, Britânica, Europeia, etc)

Óleos e graxas AOCS – American Oil Chemist’s Society

Reagentes P. A.

Produtos químicos

ACS – American Chemical Society

ASTM - American Society for Testing and Materials

Alimentos FCC – Food Chemical Codex; Codex Alimentarius; Normas do Instituto

Adolfo Lutz

Cosméticos CTFA Standards Methods (Cosmetic, Toiletry and Fragance

Association, Inc) ou Poucher’s Perfumes, Cosmetics and Soaps Vol 3,

9ª edição, 1991.

Água

Meio ambiente

Standard Methods of Analysis of Water and Waste Water (American

Public Health Association – APHA; American Water Works

Association - AWWA e Water Environment Federation)

CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental

EPA - Environmental Protection Agency

MÉTODO

PAÍS NORMAS

Brasil ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

Alemanha DIN - Deutsches Institut für Normung e.V.

Japão JISC - Japanese Industrial Standards Committee

Inglaterra BSI - British Standards Institution

Internacionais ISO - International Organization for Standartization

Um profissional que necessite determinar teores de cobre em álcool etílico por

espectrometria de absorção atômica encontrará a descrição completa deste procedimento

na NBR 10893. Interessados em método para determinação de íons cloreto e sulfato por

cromatografia iônica o obterão na NBR 10894.

AMOSTRAGEMDimensão da amostra

Dimensão da amostra Tipo de análise

> 0,1 g Macro

0,01 a 0,1 g Semimicro

0,0001 g a 0,01 g Micro

< 10-4 g Ultramicro

Ultramicro

Micro

Semimicro

Macro

0,0001 0,001 0,01 0,1

Dimensão da amostra em g

Tip

o d

e a

ná

lise

AMOSTRAGEMTipos de constituintes

Nível do analito Tipo de constituinte

1 a 100% Majoritário

0,01% (100 ppm) a 1% Minoritário

1 ppb a 100 ppb Traço

< 1 ppb Ultratraço

Ultratraço

Traço

Minoritário

Majoritário

1 ppb 1 ppm 0,1% 100%

Nível do analito

Tip

o d

e c

on

sti

tuin

te

ERROS INTERLABORATORIAIS EM FUNÇÃO DA CONCENTRAÇÃO

AMOSTRAGEM

■ É a coleta de uma porção (ou alíquota) de uma

amostra para a realização de uma análise,

geralmente no laboratório.

Identificar a população

Coletar uma amostra bruta

(Unidades de amostragem)

Reduzir a amostra bruta

para uma amostra de laboratório

AMOSTRAGEM

■ Deverá levar a resultados representativos e

reprodutivos

AMOSTRAGEMNa prática

Estabelecer ou seguir um protocolo apropriado

•Amostras homogêneas x heterogêneas

Minimizando as incertezas associadas à amostragem

•Erros sistemáticos

•Erros de amostragem

Acondicionar a amostra adequadamente para que se mantenha íntegra até o momento da análise

AMOSTRAGEMTipos de Amostras

■ Considerando as características das amostras:

– Amostras homogêneas■ GASES e LÍQUIDOS na maioria das situações

■ Qualquer porção é representativa desde que não haja partículas

AMOSTRAGEMTipos de Amostras

■ Considerando as características das amostras:

– Amostras heterogêneas■ Rochas, minerais, minérios, solos e sedimentos

– Podem apresentar composição diferente em porções retiradas ao acaso

■ Os cuidados com a amostragem e preparação devem ser redobrados!

– Deve ser considerado que a amostra de laboratório, com massas de 0,1 a 10

gramas, pode representar TONELADAS do material, exigindo cuidadosa

definição do procedimento de amostragem e preparação para a análise.

Os “pontos escuros” correspondem a determinados compostos e que não se distribuem de forma

homogênea.

AMOSTRAGEMExemplos de amostragem

■ ÁGUA DE UM RIO OU LAGO (ÁGUA SUPERFICIAL)

– Quantos pontos serão amostrados e como?

– Cada ponto será amostrado em replicata?

– Qual a quantidade mínima de amostra necessária para a realização das

análises no laboratório?

AMOSTRAGEM

AMOSTRAGEM

AMOSTRAGEMExemplos de amostragem■ SÓLIDOS PARTICULADOS E GASES (EMISSÕES ATMOSFÉRICAS) / HIGIENE OCUPACIONAL

– Adicionar um filtro que adsorva os analitos diretamente na fonte

– Utilizar uma bomba que aspire as emissões no ambiente de forma que os analitos

fiquem retidos em um filtro

– Tratar os filtros como se fossem a própria amostra, de acordo com o tipo de análise a

ser realizada.

AMOSTRAGEMExemplos de amostragem

■ MATERIAIS SÓLIDOS NÃO

PULVORIZADOS

AMOSTRAGEMExemplos de amostragem

■ Coleta da Anomalocardia brasiliana

ACONDICIONAMENTO DA AMOSTRA

■ Deve evitar que processos físicos, químicos e biológicos alterem a composição da amostra

■ PROCESSOS FÍSICOS

– Volatilização

– Adsorção e Difusão (em superfícies)

■ PROCESSOS QUÍMICOS

– Reações fotoquímicas

– Oxidações

– Precipitações

■ PROCESSOS BIOLÓGICOS

– Biodegração

– Reações enzimáticas

Entretanto não há

como manter a

integridade de uma

amostra

indefinidamente

PREPARO DA AMOSTRAA importância do preparo de amostras nos métodos analíticos 1,6

6,8

31

60,6

Nenhuma Mínima Moderada Máxima

http://www.sampleprep.duq.edu/dir/why_sp_1.html

Adaptado de Ronald E. Major “An overview of sample preparation”, LC-GC, v9, n1, 1991

Francisco J. Krug “VI Workshop sobre preparo de amostra, 2004

PREPARO DA AMOSTRADistribuição do tempo gasto em uma análise

27

6

6

61

Tratamento de dados Coleta Análise Preparação das amostras

http://www.sampleprep.duq.edu/dir/why_sp_1.html

Adaptado de Ronald E. Major “Na overview of sample preparation”, LC-GC, v9, n1, 1991 Elizabeth de Oliviera “Preparação de amostra”, IQ/USP, São Paulo

CALIBRAÇÃO/MEDIÇÃO

■ Obtenção de dados analíticos a partir de

padrões para calibração (soluções ou materiais

sólidos) preparados adequadamente.

– Por exemplo: Espectrofotômetros UV-VIS

(solução de dicromato de potássio

GRAU DE PUREZA DOS REAGENTES

■ Pure e Extra Pure Destinados à produção industrial, especificamente industrias de

química fina.

■ For synthesis Destinado à fabricação e processos químicos de síntese.

■ LabGrade Ácidos e solventes com uso destinado para análises clássicas atendendo

às normas ACS (Sociedade Química Americana).

■ GR for analysis Grande gama de reagentes diversos destinados ao uso em análises

clássicas atendendo às normas (ACS, ISO, Reag. Ph Eur, PA).

■ ISO Em acordo com a Organização Internacional de Padronização.

GRAU DE PUREZA DOS REAGENTES

■ ACS Em acordo com o “Livro de Reagentes” e atendendo aos padrões de pureza

determinados pela Sociedade Química Americana.

■ Reag. USP Atende às especificações da norma USP (na maioria dos caso são os

mesmos padrões determinados pela ACS).

■ Reag. Ph Eur Reagentes com controle de qualidade conforme a farmacopéia

Europeia.

GRAU DE PUREZA DOS REAGENTES

■ Deuterated Solvents Solventes deuterados, onde um átomo de hidrogênio da

composição é substituído por um átomo de deutério. Usado para análises

estruturais de compostos orgânicos pela técnica de NMR (Ressonância magnética

nuclear).

■ For biochemistry Especialmente desenvolvidos para atender às necessidades de

pureza para pesquisa e desenvolvimento farmacêutico, em análises bioquímicas e

biotecnologia. Os produtos são: aminoácidos, tampões biológicos, carboidratos,

enzimas, coenzimas entre outros reagentes.

DESTILADOR DE ÁCIDOS

■ Equipamento de purificação por destilação sub-boiling para

obtenção de ácidos com alta pureza para determinação de elementos

no nível de ultra traço.

SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO DuoPur – Milistone®

Ponto de ebulição (pressão atmosférica)

ÁCIDO CONCENTRAÇÃO PE (°C)

HCl 37 % m/m 110

HF 49% m/m 108

HNO3 70 % m/m 120

Água-régia (HCl: HNO3) 3:1 v/v 112

H2SO4 98,3 % m/m 338

H3PO4 85 % m/m 150

DESTILAR VERSUS ÁCIDO SUPRA PURO

■ Ácido sulfúrico Sigma-Aldrich® 99,999%

– Frasco com 500 mL – R$ 3800,00

■ Ácido nítrico Ultrapur Merck

– Frasco com 500 mL – R$ 3235,00

– Para análise de ultratraços

■ Ácido sulfúrico ACS 95,0-98,0%

– Frasco com 1 L – R$195,00

– Frasco com 500 mL – R$ 359,00

RESULTADO

■ AVALIAÇÃO: o resultado obtido é confiável?

■ AÇÃO: uso de informação da análise.

TRATAMENTOS PRELIMINARES

■ Lavagem

■ Secagem

■ Moagem

■ Separação de componentes

■ Filtragem/Ajuste do pH

Os procedimentos de preparo de amostras dependem da natureza da amostra,

dos analitos a serem determinados e sua concentração, do método de análise e

da precisão e exatidão desejadas.

LAVAGEM

■ CADA CASO DEVERÁ SER ANALISADO COM CRITÉRIOS

■ ROCHAS → Amostras devem ser lavadas e retiradas toda e qualquer fonte de

eventual contaminação.

– A lavagem deve ser feita com água natural e posteriormente com água

destilada seguida de secagem em estufa a 60°C

– Materiais que podem contaminar amostras de rochas:

■ Restos de fitas, colas, tinta, poeira, etc.

LAVAGEM

SECAGEM

■ Secagem até massa constante → comum em amostras que apresentem água em

quantidade variável /forma não determinada.

■ Solos, rochas, minérios, sedimentos → secagem a 105° C, desde que não haja

risco de perdas por volatilização /degradação térmica.

■ Materiais biológicos → secos a 60 – 65° C em estufa com circulação forçada de ar

■ Minerais (aluminatos e silicatos) → temperaturas maiores que 1000° C.

SECAGEM

■ Amostras higroscópicas (como os sais à base de cloreto)

■ Amostras que contêm água em sua composição (alimentos in natura)

– O teor de “umidade” das amostras deve ser sempre considerado, pois o grau de hidratação (ou desidratação da mesma) alterará a composição da amostra, cujos componentes tornam-se mais ou menos concentrados devido à massa de amostra, que varia com a umidade.

– Se as amostras não forem previamente secas, o teor de água deve ser considerado na emissão do resultado final, (i.e. expresso em termos de massa seca ou massa úmida).

– Em análises comparativas de amostras diferentes, mas de um mesmo tipo, a variação do teor de uma substância pode não ser significativa se as diferentes amostras tiverem diferentes quantidades de água (i.e. o resultado deve ser normalizado em função dos seus teores de umidade).

SECAGEMMAGALHAES, R. S.; LIMA, R. M. F.; SOUZA, H. A. O uso de microondas para determinação de umidade de bauxita. Rev. Esc. Minas[online], vol.56, n.4, p.255-259, 2003.

■ Micro-ondas doméstico

■ Dessecador

– Um dessecador é um recipiente fechado que contém um agente de

secagem chamado dessecante. A tampa é engraxada (normalmente

com graxa de silicone) para que feche de forma hermética. É utilizado

para guardar substâncias em ambientes com baixo teor de umidade.

■ Liofilizador

– processo no qual amostra é congelada entre -80 e -60 °C, e depois é

seca sob vácuo em temperaturas entre -20 e + 40 °C.

SECAGEM

■ Dependendo dos elementos a serem

determinados, a secagem deverá ser feita em

ambientes limpos (ISO Classe 5, Classe 6 ou

Classe 7)

■ Capela de fluxo laminar

– Cria um ambiente limpo em pequenas

áreas de trabalho, independentemente das

condições do ambiente que o rodeia.

MOAGEM

Aumenta a homogeneidade

Maior representatividade com menor quantidade de amostra

Aumenta razão área superficial/volume de solução

Facilita solubilização/abertura da amostra

Calor (trituração) pode alterar a composição da amostra

Perda de voláteis

Quantidade de água (elevação da área superficial e temperatura)

Ex. CaSO4.2H2O –diminui aprox. de 21% para 5% quando triturado a pós finos.

MOAGEM

■ Reações com a atmosfera (aumento da área superficial).

– Ex. Quantidade de Fe+2 de uma rocha pode

diminuir até 40% durante a trituração. Por quê?

Provável oxidação do Fe+2 a Fe+3.

■ Misturas de materiais moles e duros → perda na forma

de poeira.

– Peneirar todo o material → os mais

duros/composições diferentes ficam por último

após repetidas triturações e peneiramento.

■ Contaminação causada pelo aparato.

– Problema na análise de minoritários.

MOAGEM

■ Esmagamento entre duas superfícies.μ

■ Fricção contra uma superfície (almofariz).

■ Alteração e fragilização da estrutura do material (criogênico)

Moagem grosseira

•Partículas ~5mm

•Pré-moagem

•Liquidificador

•Processador

•Moinho de facas

Moagem fina

•Partículas ~63μm

•Moinho de disco

•Almofariz e pistilo

Moagem extra-fina

•Partículas <63 μm

•Moinho de bolas

•Moinho vibracional

•Moinho de jato de ar

•Moinho criogênico

MOAGEM

■ BRITAGEM (Minerais)

■ Consiste na primeira etapa da redução de tamanho da amostra, em geral,

reduzindo para grãos de aproximadamente 1 a 5 mm

■ A liga metálica usada na confecção do equipamento deve ser considerada para

definir possíveis elementos que poderão ser incorporados à amostra neste processo

PRENSA PRENSA BRITADORESQUEMA DE UM BRITADOR

MOAGEMPULVERIZAÇÃO

■ Pode ser usada após a britagem

■ A amostra será colocada na granulometria desejada

■ Manualmente: por meio de um gral com pistilo, construído em ágata, porcelana,

quartzo, ferro ou outro material, dependendo do interesse e da análise que será

realizada.

MOAGEMSISTEMAS AUTOMATIZADOS

■ A pulverizaçao pode ser conseguida com maior

facilidade e rapidez, tanto para volumes maiores

como menores, garantindo também maior

homogeneidade para a composição e

granulometria

– Moinho de bolas

– Moinho de anéis e cilindro (moinho de

panelas)

MOAGEMSISTEMAS AUTOMATIZADOS

■ MOINHO DE FACAS

– Lâminas acopladas a um eixo de um motor

– Diversas geometrias e resistências

mecânicas

– Com ou sem controle automático de tempo

e temperatura

MOAGEMSISTEMAS AUTOMATIZADOS

MOAGEMSISTEMAS AUTOMATIZADOS

■ Etapa final: PENEIRAÇÃO

– Controle do PSC (distribuição do tamanho de partícula) –

microscopia ótica ou microscopia eletrônica de varredura

– Utilizada para selecionar uma granulometria específica

– As peneiras podem apresentar granulometria em Mesh

ou mm.

■ 80 Mesh = 0,177 mm = 80 tyler

■ 100 Mesh = 0,149 mm = 100 tyler

■ MAIOR valor em mesh – MENOR valor em mm

MOAGEMComposição aproximada de materiais usados em moagem (Adaptado de Market, 1995)

MOAGEM ÁGATA

%

PORCELANA

%

ALUMINA

%

ÓXIDO DE

ZIRCÔNIO

%

SiO2 99,91 61,0 16,5 SiO2 0,1

Al2O3 0,02 34,0 83,0 Al2O3

Na2O 0,02 Na2O

K2O 0,01 3,0 K2O

Fe2O3 0,01 Fe2O3 0,03

MnO 0,01 MnO

CaO 0,01 CaO 1,5

MgO 0,01 MgO 1,5

Óxidos 2,0 0,5 ZrO 97,0

MOAGEMCriogênica

■ Homogeneização / Tamanho das partículas/

Aplicações analíticas

■ Promove o congelamento da amostra

– N2 (-196°C) ou gelo seco em acetona (-78°C)

■ Para aumentar a dureza dos materiais, provocando

falhas na estrutura.

– O material torna-se quebradiço, sendo necessária

menor energia para sua cominuição.

MOAGEMCriogênica

■ Produção de CRM

– moagem criogênica possibilita obter materiais

mais finos e que viabilizarão uma

representatividade adequada mesmo para

massas reduzidas do material.

■ Moagem pouco afetada por contaminação,

principalmente se as peças do equipamento forem

feitas de PTFE ou titânio.

■ Rapidez e geração de partículas com tamanhos

inferiores a 150 μm.

MOAGEMCriogênica

MOAGEMCriogênica

■ Um problema associado à mecanização da moagem

criogênica visando aplicações analíticas é o estresse

mecânico sofrido pelas peças móveis do moinho sob

baixas temperaturas, que pode levar ao desgaste e,

até mesmo, ao cisalhamento do material empregado

na construção do moinho.

■ Alternativa→ moinhos que utilizam a moagem por

impacto com barras magnéticas.

MOAGEMCriogênica

VANTAGENS

■ Rapidez na moagem de amostras de maior dureza

(ossos, quartzo, dentes, polímeros) e de difícil

homogeneização (fibras, borrachas, tecidos animais

com alto teor de umidade e gordura)

■ Diminuição dos riscos de contaminação entre

amostras, uma vez que cada amostra é moída em um

conjunto individual de moagem.

MOAGEMCriogênica

■ Amostra é introduzida com a barra magnética no tubo de policarbonato (vedado nas extremidades com as tampas de aço)

■ Conjunto de moagem

– tubo de policarbonato, uma barra magnética e duas tampas de aço inoxidável.

– imerso em N2 durante todo o programa de moagem (diminui perda de voláteis e/ou oxidáveis)

– após pré-congelamento, um campo magnético alternado é aplicado fazendo com que a barra magnética atinja as tampas do tubo em alta velocidade.

– a cominuição é promovida pelo impacto da barra magnética com as amostras e com as tampas do conjunto de moagem.

– apenas as barras magnéticas estão em movimento no moinho, sem o auxílio de braços ou pistões mecânicos (evita-se o desgaste/cisalhamento do material empregado).

– Em amostras de maior dureza, o tubo de policarbonato pode ser substituído por um tubo de aço inoxidável.

MOAGEMCriogênica

■ Pulverização criogênica de tecido de seio

Antes da moagem Após dois ciclos de moagem

MOAGEMCriogênica

■ Moinho criogênico Spex 6750 Freezer Mill

■ Tipo de moagem: moagem de impacto.

■ Mecanismo: impacto com barras magnéticas

■ Resfriamento: nitrogênio líquido (-195,8 ºC).

■ Capacidade: 2g

■ Consumo de nitrogênio: 4-5 L para congelamento inicial e 2-3 L para cada hora de moagem.

■ Programação: etapa de pré-congelamento (5-15 min); etapa de moagem (2-3 ciclos de 2 min); etapa de re-congelamento (1 min)

MOAGEMCriogênica

MOAGEMCriogênica

MOAGEMAspectos Gerais

■ A resistência à abrasão do material do equipamento deve ser sempre maior que o grau de dureza do material da amostra

■ Os minerais em geral apresentam grau de dureza conforme a tabela:

■ Equipamentos desgastados propiciam maiores riscos

■ Principais variáveis experimentais que afetam a moagem:

– Configuração do moinho e recipiente de moagem

– Velocidade e tempo de moagem

– Massa da amostra

– Atmosfera

– Temperatura da moagem

Dureza Mineral

1 Talco

2 Gypsum

3 Calcita

4 Fluor-spar

5 Apatita

6 Feldspato

7 Quartzo

8 Topázio

9 Corumdum

10 Diamante

SEPARAÇÃO DE COMPONENTES DE AMOSTRAS SÓLIDAS

■ OBJETIVO:

– Dissolver quantitativamente alguns dos analitos de interesse

– Extrair somente um/alguns componentes de interesse deixando o resto da amostra (fração insolúvel) no estado sólido.

■ ESTRATÉGIAS:

– Extração de espécies inorgânicas de amostras sólidas inorgânicas

– Lixiviação de compostos de elementos metálicos solúveis presentes em sólidos inorgânicos

– Extração com solventes de compostos orgânicos de amostras sólidas

– Vaporização/sublimação/destilação: (separa-se o analito de uma fase sólida, aquecendo-se a amostra e analisando-se diretamente a espécie volátil ou coletando-se a fase volátil em um suporte sólido ou em uma fase líquida)

FILTRAGEM

■ Separação de partículas em suspensão.

■ Análise de águas → recomenda-se a filtração através de filtro de membrana deacetato ou de nitrato de celulose com porosidade de 0,45 μm ou de 0,20 μm. Afração que passa pelo filtro é denominada solúvel.

■ Pré-filtro de fibra de vidro com porosidade de 1 a 5 μm é recomendada emamostras com elevado teor de sólidos em suspensão. O resíduo no filtro pode serlixiviado ou decomposto, e então analisado.

■ Materiais em suspensão podem entupir irreversivelmente nebulizadorespneumáticos utilizados em espectrometria de emissão atômica com plasma, einterferir em medidas feitas por espectrometria de absorção molecular eturbidimetria, o que pode ser evitado com filtração apropriada.

Considerações para o preparo da amostra

CONSIDERAÇÕES GERAIS

■ Real objetivo da análise

– O procedimento mais completo pode

não ser o ideal

■ Simplificação na manipulação da amostra

■ Tempo de preparo da amostra

■ Contaminação

■ Concentração do analito

■ Volatilidade do analito

■ Teor de compostos orgânicos presentes na

amostra

■ Diluição da amostra

CONSIDERAÇÕES GERAIS

■ Escolha do melhor método

de calibração

■ Água e reagentes de alta

pureza em quantidades

adequadas

■ Uso de recipientes corretos

e limpos

■ Preparar brancos em

paralelo com a amostra

CONSIDERAÇÕES GERAIS

■ Validação da metodologia

– Materiais de referência certificados

– Adição de analito

– Uso de método alternativo

TODAS ESTAS AÇÕES VISAM ASSEGURAR A QUALIDADE

DO RESULTADO ANALÍTICO

MATERIAIS DE REFERÊNCIA

■ São chamados usualmente de materiais de referência

ou "padrões", as substâncias ou artefatos com uma ou

mais propriedades suficientemente bem determinadas,

e que podem ser utilizados na calibração de

equipamentos, no acompanhamento e na avaliação de

operadores, no controle e atribuição de valores a

outros materiais e para o desenvolvimento de

metodologias.

MATERIAIS DE REFERÊNCIA

■ FÍGADO BOVINO (Sigma-Aldrich/Merk)

– 20 g

– NIST® SRM® 1577c

– R$ 7789,00 (cotação 26/02/19)

– National Institute of Standards and Technology

– Standard Reference Material

MATERIAIS DE REFERÊNCIA

ADIÇÃO DE ANALITOMétodo da adição de padrão

■ Adições de quantidades conhecidas do analito na amostra (spiking).

■ Elimina ou minimiza as incertezas introduzidas pela matriz de amostras complexas.

■ A matriz permanece quase inalterada após cada adição, a única diferença é a

concentração do analito.

EFEITO MATRIZ

■ A intensidade medida para um dado elemento não depende apenas do quanto está,

mas também do meio material onde o elemento de interesse existe.

■ A influência de outros elementos no material é chamada de efeito matriz.

USO DE MÉTODO ALTERNATIVO

■ BERNARDI, Alberto C. C.; OKA, Sílvia Harumi; SOUZA, Gilberto B. de. Comparação de técnicas analíticas para a extração de potássio de amostras de tecido vegetal com água e soluções ácidas concentrada e diluída. Eclet. Quím., São Paulo , v. 35, n. 2, p. 45-49, 2010 .

■ Os métodos de extração de K de amostras de tecido vegetal de capim-tanzânia e alfafa com solução ácida diluída ou eventualmente com água apresentaram-se equivalentes ao método tradicional da decomposição nítro-perclórica e podem substituí-lo.

CUIDADOS PARA EVITAR ERROS

■ Quantidade mínima de ácido puro ou supra-puro

■ Recipientes inertes e adequadamente limpos

■ Evitar uso de temperatura mais elevada que a

necessária

CONTAMINAÇÕES E PERDAS POSSÍVEIS

■ Estocagem inadequada

■ Pureza dos reagentes

■ Adsorção na parede dos recipientes e filtros

■ Volatilidade

■ Decomposição incompleta

COMO PREPARAR UMA AMOSTRA?

■ Pode ser uma simples diluição

■ Pré-concentração por aquecimento

■ Solubilização total

■ Solubilização parcial

amostra

reagentes

energia

Reagentes complementares

ANALITO

Solução

VIA SECA

VIA ÚMIDA

Sistema aberto?

Sistema fechado?

Placa aquecedora?

Banho maria?Bloco digestor?

Estufa?

Mufla?Chama do bico de bunsen?

Frasco de combustão com O2?

Frasco de Carius?Bomba de teflon?

Fusão?

Cinzas?

Bico de gás?

Frasco de Schöniger?Forno mufla?

Microondas?

Preparo da amostra

Via úmida

Sistema aberto

Placa aquecedora, banho maria,

bloco digestor, estufa, mufla,

chama (bico de Bunsen)

Sistema fechado

Frasco de combustão de O2, frasco de

Schoniger, frasco de Carius, Bomba de teflon

Via seca

Cinzas

Forno mufla

Fusão

Bico de gás, forno mufla, forno micro-

ondas

PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

Via úmida

Sistema aberto

Sistema fechado

Energia

Térmica

Radiante

Ultrassom

Amostras orgânicas e inorgânicas

MÉTODOS CONVENCIONAIS

■ Placa aquecedora

■ Banho-maria

■ Bloco digestor

■ Estufa

■ Mufla

■ Chama (Bico de Bunsen)

DIGESTÃO ÁCIDA

■ Ácidos diluídos:

– Digestão de alguns metais,

carbonatos, sulfatos e óxidos

■ Propriedades do ácido concentrado e com

aquecimento

– Força do ácido

– Ponto de ebulição

– Poder oxidante

– Poder complexante

– Solubilidade dos sais dos metais

– Segurança na manipulação

– pureza

SISTEMAS ABERTOS

■ HNO3: solubilização incompleta, alta

temperatura, consumo de reagentes, perda de

voláteis

■ HClO4: alto poder oxidante, explosão combinado

com HNO3

■ H2SO4: processo de oxidação lento, alto ponto

de ebulição, combinado com HNO3 e H2O2

SISTEMAS FECHADOS

■ Frasco de combustão de O2

■ Frasco de combustão de Schöniger

■ Frasco de Cárius

■ Bomba de teflon®

■ Sistema pressurizado (Knapp)

SISTEMAS FECHADOS

SISTEMAS FECHADOS

■ Não há perda por volatilização

■ Evita as contaminações por fontes externas

■ Menor quantidade de reagentes

– menor branco

■ Pode trabalhar com temperaturas acima do ponto

de ebulição

– Menor tempo

MÉTODOS CONVENCIONAIS

■ Lenta

■ Reagentes

■ Perda de voláteis

■ Oxidantes fortes

■ Constante supervisão

■ Matrizes refratárias

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR IV

■ Vibrações moleculares e variação nas vibrações moleculares

– AQUECIMENTO e propagação do calor gerado200 mg de fígado bovino

HNO3 conc. = 2 mL

(suspensão)

10 V : 120-180 seg

H2O2

10 V: 60 seg

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR UV

■ A digestão ocorre simultaneamente em 12 ou

16 tubos de quartzo

■ A temperatura de digestão de 90ºC

■ A solução digerida pode ser usada diretamente

sem a necessidade de alíquota de amostra ou

tampa

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ Amostras biológicas, botânicas e alimentos

■ Sistema focalizado

■ Sistema convencional

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ Início de utilização – década de 70

■ Atualmente é considerada a melhor técnica para o preparo de amostras visando a

determinação de metais

■ Também tem aumentado suas aplicações em análises orgânicas – extrações com

solventes

■ Radiação não-ionizante NÃO quebra moléculas orgânicas

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ A energia das micro-ondas é muito menor que a energia necessária para quebrar as

ligações das moléculas orgânicas mais comuns.

– Quantum de energia de micro-onda de 2450MHz = 0,0016 V

Ligação química Energia de ligação química (eV)

H-CH3 4,5

H-NHCH3 4,3

H3C-CH3 3,8

H-OH 5,2

Ligação de hidrogênio 0,21

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ MECANISMOS DE AQUECIMENTO PROVOCADO POR MICRO-ONDAS

– Os líquidos absorvem energia de micro-ondas por dois mecanismos que atuam

simultaneamente:

■ Rotação de dipolo

■ Condução iônica

■ Rotação de dipolo: refere-se ao alinhamento de moléculas na amostra, que tenham

momentos de dipolo induzido ou permanente, devido a aplicação de um campo

elétrico.

■ Depende da temperatura e da viscosidade da amostra.

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ Moléculas polarizadas são alinhadas com a aplicação do campo elétrico.

■ Quando o campo é removido ou reduzido, a desordem induzida termicamente é

restaurada e energia térmica é liberada.

■ A 2450 MHz, o alinhamento das moléculas, seguido do seu retorno a desordem

ocorre 4,9 x 109 vezes por segundo, e resulta em rápido aquecimento.

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ CONDUÇÃO IÔNICA

– Refere-se à migração

dos íons dissolvidos no

campo eletromagnético

aplicado.

– A condução iônica

depende da

mobilidade, carga e

concentração do íon.

Ilustração (a) do perfil de aquecimento de amostras sob irradiação de micro-ondas em comparação ao (b) perfil de aquecimento convencional (condução/convecção), e (c) representação dos mecanismos de aquecimento (polarização dipolar e condução iônica) envolvidos nos processos químicos induzidos pelas micro-ondas, descritas figurativamente em (d)

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ A absorção da micro-onda depende da:

– constante dielétrica ε’ (capacidade de uma molécula ser polarizada por

radiação eletromagnética)

– perda dielétrica ε” (eficiência de conversão da energia da micro-onda em

calor)

– “loss tangent” ou tandδ = ε”/ ε’ (habilidade do material em absorver energia

da microonda, convertendo a energia da onda eletromagnética em calor)

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ INTERAÇÃO DE MATERIAIS COM MICRO-ONDAS

– Materiais podem refletir, absorver ou não absorver

micro-ondas.

– As paredes do frasco são transparentes à energia da

microonda e apresentam temperatura menor que a

temperatura da solução

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ Vantagens sistema convencional:

– Velocidades de reações rápidas que

resultam de altas temperaturas e

pressões obtidas dentro dos recipientes

fechados

– Não existe a perda incontrolável de

elementos traços voláteis

– Decréscimo no valor do branco devido a

menor contaminação do ambiente e

menor quantidade de ácido

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS

■ Vantagens sistema focalizado:

– Trabalha a pressão atmosférica

– Permite o uso de até 10 g de amostra

– Ideal para alta concentração de orgânico

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSONS

■ 90% da energia sonora é empregada para o

aquecimento e agitação do sistema

■ Dissolução em sistema aberto

■ Adição de reagentes durante a sonificação

■ Baixo consumo de reagentes

■ Pequena quantidade de amostra

■ Diminuição do intervalo de tempo do preparo

■ Processamento simultâneo de várias amostras

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSONS

DECOMPOSIÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSONS

PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

Via secaFUSÃO

CINZAS

Energia

Térmica

Radiante

FUSÃO

Cimento Portland

Aluminato de cálcio

Silicato de cálcio

Minério de Titânio

FUSÃO

■ Amostras inorgânicas

■ Analito (sais)

Reação heterogênea, realizada em altas

temperaturas, entre um fundente e o material da

amostra. Como resultado deste procedimento, um

mineral original ou fases refratárias são convertidas

em formas sólidas diferentes que são facilmente

dissolvidas em ácidos, bases ou em água

FUSÃO

■ FUNDENTES

– Tetraborato de lítio ( pf 920 ºC)

– Carbonato de sódio (pf 851 ºC)

– Hidróxido de sódio (pf 318 ºC)

– Ácido bórico (pf 450 ºC)

FUSÃO

■ CADINHOS

– Platina

– Níquel

– Prata

– Ferro

– Grafite

– Porcelana

FUSÃO

■ FORNECIMENTO DE ENERGIA

– Bico de gás

– Forno Mufla

– Forno Mufla com micro-ondas

FUSÃO

FUSÃO

FUSÃO OU DIGESTÃO ÁCIDA?

Fusão Digestão ácida

■ Podem (e são) usados em altas temperaturas

■ Difícil purificação

■ Matrizes com teores elevados de eletrólitos

■ Dissolução final da massa fundida pode ser lenta ou difícil

■ Riscos de contaminação e perdas por volatilização

■ Mais eficientes que os ácidos na decomposição de materiais refratários

■ Os ácidos podem ser purificados com facilidade

■ Podem ser removidos por evaporação

■ Temperatura máxima de uso limitada pelo PE

■ Temperatura de uso pode ser mais elevada com o uso de autoclaves

PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO PREPARO DE AMOSTRAS

Via secaFUSÃO

CINZAS

Energia

Térmica

Radiante

CINZAS

FÍGADO DE BOI

RIM ANIMAL

MOLUSCO BIVALVE

TINTAS

CINZASPara amostras orgânicas

C, N, H, Analitos

CINZASVantagens e desvantagens

■ Habilidade de decompor amostras de tamanho grande

■ Necessidade de pouco ou nenhum reagente

■ Técnica relativamente segura

■ Preparo de amostras contendo S, F e Cl

■ Perda devido a retenção no recipiente

■ Perdas devido a volatilização

■ Contaminação pela mufla e recipiente

■ Dificuldade em dissolver alguns óxidos metálicos

TENDÊNCIAS ATUAIS

■ Simplificação

■ Automação/mecanização

■ Miniaturização

■ Novos tipos de energia

■ Introdução direta de amostras

■ Amostragem de sólidos e suspensões